¿Qué sucede cuando la energía del fotón es igual a la energía interna del átomo?

Primero consideremos una pregunta diferente. ¿Qué sucede cuando un átomo absorbe un fotón y la energía del fotón es mayor que la energía de enlace de un electrón? El electrón puede ser expulsado por completo. Parte de la energía del fotón se usa para ionizar el átomo, mientras que la energía restante se convierte en la energía cinética del electrón. Entonces, aunque las transiciones entre diferentes orbitales en el átomo solo pueden ocurrir a ciertas energías, una vez que está expulsando electrones, hay un espectro continuo de energías de fotones que pueden ser absorbidas, cualquier energía desde la energía de ionización hasta el infinito. Entonces, la regla de que los átomos solo pueden absorber fotones con ciertas energías discretas no es del todo cierto; solo es cierto siempre y cuando el estado final aún esté unido (ya que los estados unidos tienen energías discretas). El fotón siempre puede desenlazar algo, si tiene suficiente energía para hacerlo.

¿Qué puedes hacer con un fotón entrante con MUCHA energía? Hay varias posibilidades, cada una de las cuales tiene una probabilidad diferente de ocurrir. Las probabilidades se pueden calcular utilizando la teoría de campo cuántico; Basta decir que tales cálculos no son fáciles de hacer. Una posibilidad, como ya se discutió, es que uno, o incluso múltiples, electrones sean expulsados ​​del átomo por completo, llevándose la energía del fotón incidente como energía cinética. Otra posibilidad es que el núcleo pueda absorber parte de la energía. El núcleo en sí podría estar excitado a un estado nuclear superior, o puede romperse (con algo de la energía del rayo gamma utilizada para superar la energía de unión nuclear, y el resto llevado por las piezas del núcleo original). La dispersión de Compton, en la que el fotón se desvía con menor energía y parte de la energía se transfiere como energía cinética a la partícula cargada con la que colisionó, siempre es una posibilidad. También lo es la producción de pares, en la que parte de la energía del fotón se convierte en nuevas partículas.

Como puede ver en este diagrama [fuente]:

la sección transversal para la dispersión de Compton, [math] \ sigma _ {\ mathrm {incoh}} [/ math], aumenta a medida que la energía del fotón aumenta hasta alrededor de 10 keV, luego comienza a disminuir. Por encima de 100 MeV, la producción de pares ([math] \ kappa [/ math]) es el proceso dominante. Si cuando dices energía interna estás incluyendo energía de masa, entonces la “energía interna” del átomo más ligero es aproximadamente 1 GeV. Cuando tienes un fotón enérgico, el proceso dominante será la producción de pares: a medida que el fotón colisiona con los átomos, su energía se usará para crear pares de partículas-antipartículas, como [math] e ^ + e ^ – [/ math] y [matemáticas] \ mu ^ + \ mu ^ – [/ matemáticas], hasta que finalmente no tenga suficiente energía para eso. Si el fotón es tan enérgico como, por ejemplo, un átomo de plomo (alrededor de 200 GeV), producirá una variedad de partículas aún más pesadas.

Pero no olvidemos que un fotón siempre no podría interactuar con un átomo, sin importar cuán alta energía sea. Simplemente podría pasar. Todo es probabilístico.

‘Energía interna’ significa la energía térmica aleatoria total de las partículas dentro de algún sistema. Entonces, estás estrictamente usando el término incorrecto. Si te refieres a la energía total de las partículas en un átomo, entonces hay otro problema. En primer lugar, puedes ignorar los electrones; su energía total es completamente insignificante en comparación con la energía del núcleo. Pero, el núcleo es un sistema unido, por lo que su energía total tiene un gran valor negativo: se necesitaría mucha energía para separar las partículas en un núcleo. La energía nuclear solo se libera cuando sus partículas se reorganizan en un estado de energía potencial aún más bajo.

Los fotones no pueden tener una energía negativa, por lo que su pregunta realmente no surge. Si te refieres solo a la magnitud de las energías involucradas, entonces estás hablando de un fotón de muy alta energía. En este caso, pueden suceder varias cosas, dependiendo del átomo que se esté considerando. En primer lugar, el fotón no destruiría el núcleo, aunque tendría la energía para hacerlo. La probabilidad mecánica cuántica de que esto ocurra es minúscula. Otros eventos tienen probabilidades mucho más altas. Estos se han investigado experimentalmente y se han descrito en otras respuestas, por lo que no los repetiré aquí.

Todo lo que puedo usar para intentar responder esto es mi conocimiento de la escuela secundaria (la física era mi especialidad), así que perdóname si no soy del todo exacto.

Hasta donde sé, cuando observamos fotones que afectan a los átomos, estamos hablando de niveles de energía específicos que un fotón debe tener para “excitar” los electrones que rodean el átomo para alejarse más del átomo.

Por lo tanto, los átomos no deberían tener energía interna en ese sentido (a menos que no me hayan enseñado algo más), absorben la energía de los fotones, y casi instantáneamente arroja la energía para ir a su forma de energía base … perdón por no usar el Términos científicos correctos, el inglés no es mi lengua materna.

Si un fotón no tiene la longitud de onda exacta (cada longitud de onda tiene una energía diferente), no será absorbido por el átomo y lo energizará.

En sus preguntas, puedo suponer que está preguntando acerca de un segundo fotón que intenta ingresar al átomo energizado.

Como dije antes, si no tiene un nivel de energía específico, no le hará nada al átomo. Si lo hace, solo hará que el electrón se aleje aún más del núcleo de los átomos.

Espero que esto ayude 🙂

¡Un fotón puede ser absorbido solo cuando su energía es la diferencia entre dos niveles de energía del objeto que lo está absorbiendo!

Cuando proyectamos una fuente de fotones en un objeto, la energía de los fotones depende del movimiento del objeto y también varía de un fotón a otro. Es por eso que algunos fotones pueden tener la energía correcta.

Si por “la energía interna del átomo” te refieres a la energía de enlace de un electrón, un fotón de esa energía simplemente ionizará el átomo.

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